JPS61283661A - 硬化樹脂組成物および音響トランスデユ−サ− - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はマトリックス組成物に関する。さらに詳しくは
ソーナートランスデューサーに用いられるマトリックス
組成物に関する。

〔従来の技術およびその問題点〕

従来のソーナートランスデューサーは、エポキシ樹脂に
埋め込まれた多数の圧電セラミックペグからなり、該ペ
グは軸に平行に配列され、少なくともマトリックスの上
面および下面で露出されたセラミックエンドフェイスを
有している。電極はその露出された表面と接続される。

樹脂マトリックスの目的は、単にセラミックペグを望ま
しい配置に保持するのみではなく、該ペグを損傷から保
護することにある。

広く使用されている樹脂マトリックス材料に加えられた
機械的応力が、望ましい程度を超えて埋め込まれたセラ
ミックペグに伝えられる傾向がある凄いうことが知られ
ている。さらに、広く使用されているマトリックス材料
は、望ましい程度を超えて音響を反射しやすくかつ高い
熱膨張を有する傾向にある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明の目的は、従来より使用されているマトリックス
組成物の前記のような欠点のうちいくつかのものを解消
するか少なくとも改善する組成物を提供することにある
。本発明の好ましい具体例にはソーナートランスデュー
サーに改良された性能を与えるマトリックス材料が提供
されている。

第１の特徴として、本発明は、樹脂で囲まれた中空の微
小球体（ｈｏｌｌｏｗ　ｒｅｓｌｎ−ｗａｌｌｅｄｍｉ
ｃｒｏｓｐｈｅｒｅ）を１５〜４５容量％含有し、音響
インピーダンスを１．ＩＸ　１０Ｂ〜１．９Ｘ１０６　
ｋｔｙ／ゴ／ｓ、または好ましくは１．２Ｘ　１０６〜
１．８×１０６ｋｇ１ｄ／ｓの範囲内にするのに充分な
量の密度付与剤（ｄｅｎｓｉｆ’ｙｉｎｇ　ａｇｅｎｔ
）を含有する硬化樹脂組成物にある。

第２の特徴として、本発明は、第１の特徴に関するマト
リックスに埋め込まれたセラミックエレメントからなる
音響トランスデユーサ−にある。

第３の特徴として、本発明は、実質的にエポキシ樹脂材
料よりも小さい逆ポアソン比を有し、水に似た音響イン
ピーダンスを存するマトリックス組成物をベースとした
硬化樹脂にある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は樹脂で囲まれた中空の微小球体を１５〜４５容
量％含有し、音響インピーダンスを１．１×１０６〜１
．９Ｘ１０６　ｋｇ／ゴ／Ｓの範囲内とするのに充分な
量の密度付与剤を含有してなる硬化樹脂組成物およびマ
トリックス中に埋め込まれたセラミックエレメントから
なる音響トランスデユーサ−に関する。

〔実施例〕

つぎに本発明の種々の実施例について説明するが本発明
はかかる実施例に限定されるものではない。

本発明のマトリックス組成物は、たとえば、チバ・ガイ
ギー社から入手が可能であるアラルダイトＣＹ２２１の
ようなエポキシベース（ｅｐｏｘｙｂａｓｅ）およびそ
れとともに用いられる前記と同様にチバ・ガイギー社か
ら入手が可能であるＨＹ８３７のような硬化剤などの樹
脂材料からなる。

種々の可塑剤や可とう他剤、たとえばチバ・ガイギー社
製の可とう他剤ＤＹＯ４０を適宜添加してもよい。前記
のような組成物は樹脂製造技術においてはそれ自体周知
である。

先行技術のマトリックス樹脂組成物は、典型的に０６３
よりも大きいポアソン比および約０．７の逆ポアソン比
を有する。ポアソン比とは、ロッド状材料のロッドの軸
と平行に材料両端に力を加えて材料を伸ばしたときの横
ひずみと縦ひずみとの比である。

逆ポアソン比とは、ロッド状材料のロッドの軸と平行に
材料の両端に力を加えて材料を圧縮したときの横ひずみ
と縦ひずみとの比である。

先行技術のマトリックス樹脂組成物は、また、典型的に
２．２Ｘ　１０６　ｋｇ／ゴ／Ｓの音響インピーダンス
（密度×音速）を有している。

本発明においては、硬化に先だつて、エポキシマトリッ
クス樹脂に中空の微小球体が加５ｔられる。好ましい微
小球体として、登録商標Ｅｘｐａｎｃｅｌ　（登録商標
ｒＥＸＰＡＮｃＥＬ　ＤＥ　Ｊと同じ）として販売され
ているものがあげられる。これらの微小球体は、塩化ビ
ニリデンとアクリロニトリルとのコポリマーの壁を有し
ており、平均粒径は４０１！ｍであり、またかさ密度は
２０ｋｇ　／　ｃｍ　３である。

好ましい微小球体の他の例としては商品名ｔｌｃＡＲと
してユニオン・カーバイド社から販売されている、平均
粒径が４３ρでありかさ密度が１００〜１５０ｋｇ／ｍ
３であるフェノール樹脂壁を有するものがあげられる。

本発明にかかわる組成物中においては、硬化樹脂中にお
ける微小球体の量は、マトリックス組成物の１５〜４５
容量％、好ましくは２５〜３５容量％、さらに好ましく
は約３０容量％である。微小球体の含有量が４５容量％
を超えるばあい、４５％を超えるにしたがい硬化されて
いない樹脂はますますガスを除去するのが困難となり、
また１５容量％未満のばあい、逆ポアソン比の低下が非
常に影響を受ける。

微小球体に加えて、本発明のマトリックス組成物にはた
とえば酸化鉛のような密度を高めるフィラーが含まれる
。前記密度を高めるフィラーの添加量は生成物の音響イ
ンピーダンスが水の音響インピーダンスに近くなるよう
に、すなわち１．４Ｘ　１０６ｋｇ／　ｎｌ’／　ｓと
１．８Ｘ１０６　ｋｇ／ｍ２／Ｓとのあいだにあるよう
に、好ましくは約り、５Ｘ　１０６　ｋｇ／ｄ／Ｓとな
るようにえらばれる。

本発明にかかわる典型的な組成物は、硬化樹脂６０容量
％、微小球体３０容量％、フィラー１０容量％からなる
。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　心本発明
にかかわる組成物は、以下の成分を組合せることにより
えられ、ついで硬化される。

エポキシ樹脂　アラルダイト ＣＹ　２２１またはＥＣＣ０ＧＥＬ　１３６５．１ｉ０
３５〜６０重量％ 硬化剤　ＨＹ　８３７　　　　　　　１０〜１８重量％
可塑剤　ＤＹ　０４０　　　　　　　５〜１０重量％プ
ラスチック　マイクロ・ バルーンズ（Ｍｉｃｒｏ　Ｂａ１ｌｏｏｎｓ）　０．８
〜２重量％酸化鉛またはＺｒＯ２などの他 のフィラー　　　　　　　　　　１２〜４８重量％その
結果生じた生成物は以下のようである。

４９〜７７容量％　　　硬化樹脂 ２１〜４６容量％　　　微小球体 １〜１０容量％　　　フィラ一 本発明にかかわる好ましい組成物は硬化樹脂６０容量％
、微小球体３０容量％およびフィラー１０容量％からな
り、下記の成分を組合せることにより作られ、ついで硬
化される。

エポキシ樹脂　アラルダイト ＣＹ２２１　　　　　４６．１重量％ 硬化剤　　　　ＨＹ　８３７　　　　　１３．８重量％
可塑剤　　　　ＤＹ　０４０　　　　　８．９重量％Ｅ
ｘｐａｎｃｅｌ　ＤＢ　　　　　　　　　　　　１．１
重量％酸化鉛　　　　　　　　　　　　３２．１重量％
従来の微小球体は、樹脂組成物の密度を低下させ、そし
て剛性を増す目的で硬化性樹脂組成物に加えられている
。これらの微小球体の物性はソーナートランスデューサ
ーのマトリックスに望まれる物性と相反するものである
。同様に微小球体がないときに密度の高いフィラーを使
用することは、ソーナーに用いるマトリックスにおいて
は不都合である。

本発明にかかわるマトリック、ス組成物は、ソーナート
ランスデューサーに従来より使用されているエポキシ樹
脂に似たポアソン比を有することがわかっているが、お
どろくべきことに０．８未満の、たとえば０．３〜０．
５のあいだの逆ポアソン比を有する、すなわち従来より
使用されているエポキシ樹脂の２７３未満の逆ポアソン
比を有していることがわかった。

逆ポアソン比を測定するために、伸び計（ｔｅｎｓｏｍ
ｅｔｅｒ）が、エポキシ樹脂のサンプルに圧縮力を与え
る特別のジグとともに用いられた。

その方法は、伸び計のクランプ機構のあいだのロッドの
軸方向に直角に切断された両端をもつエポキシ樹脂の円
筒状ロッドを配置することからなっている。ロッドに力
が加えられ、該ロッドの長さおよび直径の変化が測定さ
れた。最初のロッドの長さをＬ１直径をＤとしたとき、
逆ポアソン比は式 （式中、ΔＤは直径の増加量、ΔＬは長さの減少量を示
す）で表わされる比により計算された。

この測定は再現性を確立するために何度も繰り返し行な
われた。

第１表は前述した組成物を有する本発明にかかわるマト
リックスと、エポキシマトリックスのポアソン比および
逆ポアソン比とを比較したものである。

第　　１　　表 当業者ならば本発明にかかわるマトリックスに用いられ
る他の好適なポリマーや樹脂を容易に選択することがで
きるであろう。好ましくは、フオーム（ｆ’ｏａｍ）を
生じないもので、適当なボットライフ、埋め込まれたセ
ラミック組成物を損わないように充分に低い硬化温度お
よび適当な機械的、電気的、熱的および化学的性質を有
する樹脂をえらぶべきである。硬化剤または触媒　　　
　１と同じように可塑剤および／または他の添加剤を選
択してもよく、その割合は通常行なわれている試験によ
って調整される。

静圧のもとで変形するが、荷重をかけるともとの形状に
回復する微小球体はとくに好ましく、ガラス製の微小球
体はこの条件をきわめて少ししか満足しないかもしくは
全く満足することができないということがわかった。酸
化鉛以外のフィラーを密度付与剤として用いてもよいが
、かかるフィラーは５よりも大きい密度を有するものが
好ましい。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　樹脂で囲まれた中空の微小球体を１５〜４５容量％
   含有し、音響インピーダンスを１．１×１０＾６〜１．
   ９×１０＾６ｋｇ／ｍ＾２／ｓの範囲内とするのに充分
   な量の密度付与剤を含有してなる硬化樹脂組成物。 ２　密度付与剤が５よりも大きい密度を有するものであ
   る特許請求の範囲第１項記載の組成物。 ３　密度付与剤が酸化鉛である特許請求の範囲第２項記
   載の組成物。 ４　密度付与剤が酸化ジルコニウムである特許請求の範
   囲第２項記載の組成物。 ５　中空の微小球体を２５〜３５容量％含有してなる特
   許請求の範囲第１項記載の組成物 ６　中空の微小球体がかさ密度２０〜１５０ｋｇ／ｍ＾
   ３を有するものである特許請求の範囲第１項、第２項、
   第３項、第４項または第５項記載の組成物。 ７　逆ポアソン比が０．６よりも小さい特許請求の範囲
   第１項、第２項、第３項、第４項、第５項または第６項
   記載の組成物。 ８　ポアソン比が０．３〜０．４であり、逆ポアソン比
   が０．３〜０．５である特許請求の範囲第１項、第２項
   、第３項、第４項、第５項、第６項または第７項記載の
   組成物。 ９　特許請求の範囲第１項、第２項、第３項、第４項、
   第５項、第６項、第７項または第８項記載のマトリック
   ス中に埋め込まれたセラミックエレメントからなる音響
   トランスデューサー。 １０　セラミックエレメントが軸に平行に配列された圧
   電セラミックペグであり、少なくともマトリックスの上
   面および下面で電極と接続するために露出されたセラミ
   ックエンドフェイスを有するものである特許請求の範囲
   第９項記載のトランスデューサー。